Книга «Физика невозможного» впервые издана на русском языке в 2010 г. и с тех пор выдержала пять переизданий. Автор, известный физик, футуролог, популяризатор науки Митио Каку, основываясь на прочном фундаменте классической физики и информации о новейших достижениях современной науки, рассказывает о технологиях, которые могут быть созданы в обозримом будущем.
Путешествия во времени и полеты в другие галактики, создание плаща-невидимки и телепортация, думающие роботы и чтение мыслей на расстоянии – это звучит фантастически, но, по мнению автора, может быть реализовано на практике и логично вписывается в контекст развития физической науки.
Эта книга охватывает множество областей науки. Важно, что автор писал ее не в тиши кабинета, а встречался и консультировался с выдающимися учеными и исследователями. Среди них нобелевские лауреаты, физики, биологи, астрономы, астронавты.
Эта книга помогает увидеть, в каком необычном мире мы живем, и понять, что будущее уже рядом.
Мы привыкли думать, что путешествия во времени, световые мечи, параллельные вселенные, чтение мыслей на расстоянии, невидимость, телепортация и телекинез являются уделом писателей-фантастов. Мы считаем, что это невозможно. Но в XIX веке даже ученые не верили в возможность создания ракеты и атомной бомбы, в реальность космических полетов и существование черных дыр, считали шарлатанством радио и рентген. Сегодня это стало реальностью. Мир вокруг изменился удивительным образом и продолжает меняться каждый день. Возможно, считая что-то невозможным, мы заблуждаемся.
Автор книги делит невозможное на три категории:
• То, что сегодня невозможно, но не нарушает фундаментальных основ физики и, следовательно, может быть реализовано в течение ближайших десятилетий или столетия.
• То, что может стать возможным для цивилизации более высокого уровня развития и может быть реализовано в течение следующих тысячелетий.
• То, что противоречит законам физики и может быть создано, только если эти законы изменятся.
1. Технологии, которые могут появиться в обозримом будущем
В начале XX века стало ясно, что теория Ньютона не может объяснить всю картину мира. Ей на смену пришли специальная теория относительности Эйнштейна и квантовая механика, и картина мира изменилась. В отличие от теории Ньютона время в этой системе может меняться в зависимости от скорости движения. Энергия эквивалентна материи. Процессы в мире частиц и атомов не имеют физических причин и подвержены случайности и вероятности. Открытия и технологии, о которых пойдет речь дальше, были созданы на этом фундаменте.
1.1. Можно ли стать невидимым?
Невидимость – это давняя мечта человечества и один из любимых мотивов в литературе и кинематографе. Героев-невидимок можно найти в книгах Платона и Жюля Верна, Ильфа и Петрова, Джоан Роулинг и Толкина.
Еще несколько лет назад ученые считали, что невидимость невозможна, так как противоречит законам оптики. Свет представляет собой электромагнитные волны. Твердые объекты поглощают и отражают свет, так как атомы в них находятся на очень маленьком расстоянии и не пропускают световые волны, в отличие от прозрачных жидкостей и газов, где расстояние между атомами больше.
Свойство невидимости возникает на уровне строения атомной решетки, поэтому чтобы сделать человеческое тело невидимым, нужно поменять его строение на уровне атомов. Для этого его пришлось бы превратить в жидкость, нагреть до температуры кипения, а затем резко охладить. Это невозможно. Значит, решение в том, чтобы покрыть тело оболочкой, которая сделает его невидимым. Такую оболочку можно изготовить из метаматериалов, над созданием которых ученые работают в течение последнего десятилетия.
Метаматериалы обладают особыми оптическими свойствами и в отличие от всего, что есть в природе, могут управлять показателем преломления света. Другими словами, они способны делать то, что раньше было невозможно, – изменять маршрут световых волн таким образом, чтобы они обтекали объект и снова собирались в пучок.
В 2006 г. британским ученым, работающим над созданием метаматериалов, удалось с помощью лазера на короткое время сделать объект невидимым для микроволнового излучения. В 2007 г. ученые смогли создать метаматериал, работающий в видимом диапазоне света. Им удалось решить сложную задачу, так как волны видимого света очень короткие – их длина составляет от 700 до 400 нанометров, а волны света могут огибать только объект, который меньше, чем длина волны.
Возможно, в течение нескольких десятилетий ученым удастся создать цилиндр из метаматериалов, так как это самая простая форма. Следующий этап – решение более сложной задачи – создание метаматериалов, которые будут облегать тело.
1.2. Как создать меч джедая?
Видимый свет, который нас окружает, состоит из волн с разными частотами и фазами, другими словами, он некогерентен и быстро рассеивается.
До середины XX века даже видные ученые были убеждены, что создать гораздо более мощный по силе воздействия пучок когерентного света в принципе невозможно.
Нобелевский лауреат Чарльз Таунс бился над задачей создания первого пучка когерентного света в атмосфере полного скепсиса. В него никто не верил, ему советовали перестать тратить деньги на бессмысленные испытания и заняться чем-то стоящим. Несколько раз он был на пороге отчаяния, но не оставил своих попыток, и в 1953 г. был получен первый поток когерентного излучения микроволн – мазер (по первым буквам – microwave amplification through stimulated emission of radiation, что значит «усиление микроволн через стимуляцию излучения»). Вскоре подобных результатов удалось добиться при работе с видимым светом – так появился лазер. Сегодня лазер используется почти во всех сферах науки и техники.
Если лазер получил такое широкое распространение во всех сферах жизни, а лазерное оружие широко используется в научной фантастике, почему его до сих пор не существует? И можно ли сконструировать любимое оружие поклонников «Звездных войн» – световой меч?
К сожалению, создать меч джедая из «Звездных войн» невозможно. Это противоречит законам физики: во-первых, свет нельзя сделать твердым, во-вторых, световой луч не может обрываться в пространстве, как показывают в кино. Но можно создать похожий на него световой плазменный меч.
Создание лучевого оружия в перспективе возможно, если удастся разработать портативные источники энергии высокой мощности. Пока их не существует. Решения стоит ждать из области нанотехнологий, которые позволят создать миниатюрные батареи с огромной энергоемкостью. Возможно, это произойдет в течение ближайших ста лет.
